Tratamiento de nitruración
engranajes nitrurados
El tratamiento de nitruración se refiere a un proceso de tratamiento térmico químico en el que los átomos de nitrógeno se infiltran en la superficie de la pieza de trabajo en un medio determinado a una temperatura determinada. Los productos nitrurados tienen una excelente resistencia al desgaste, resistencia a la fatiga, resistencia a la corrosión y resistencia a altas temperaturas.
Aquí echamos un vistazo al vídeo de Netrex, Netrex explica muy bien qué es la nitruración.
Introducción al tratamiento de nitruración
Los elementos de aluminio, cromo, vanadio y molibdeno en los materiales de acero de aleación tradicionales son muy útiles para la nitruración. Cuando estos elementos entran en contacto con los átomos de nitrógeno nacientes a la temperatura de nitruración, se forman nitruros estables.
En particular, el elemento molibdeno no solo actúa como un elemento para generar nitruros sino que también actúa como una reducción de la fragilidad que se produce a la temperatura de nitruración. Los elementos de otros aceros aleados, como el níquel, el cobre, el silicio, el manganeso, etc., no contribuyen mucho a las características de nitruración.
En términos generales, si el acero contiene uno o más elementos formadores de nitruro, el efecto después de la nitruración es relativamente bueno. Entre ellos, el aluminio es el elemento de nitruro más fuerte y la nitruración con 0.85 a 1.5 por ciento de aluminio tiene los mejores resultados.
En lo que se refiere al acero al cromo que contiene cromo, si hay suficiente contenido, también se pueden obtener buenos resultados. Pero no hay aleación que contenga acero al carbono porque la capa de nitruración es muy frágil y fácil de despegar, por lo que no es adecuada para la nitruración de acero.
Hay seis aceros de nitruración de uso común de la siguiente manera:
(1) Acero de baja aleación que contiene aluminio (acero nitrurado estándar)
(2) SAE 4100, 4300, 5100, 6100, 8600, 8700, 9800 series de acero de baja aleación de carbono medio que contiene cromo.
(3) Acero troquelado para trabajo en caliente (que contiene aproximadamente un 5 por ciento de cromo) SAE H11 (SKD-61) H12, H13
(4) Acero inoxidable ferrítico y martensítico serie SAE 400
(5) Acero inoxidable austenítico serie SAE 300
(6) Acero inoxidable endurecido por precipitación 17-4PH, 17-7PH, A-286, etc.
El acero nitrurado estándar que contiene aluminio puede obtener una capa superficial de alta dureza y alta resistencia al desgaste después de la nitruración, pero la capa endurecida también es muy frágil. Por el contrario, el acero de baja aleación que contiene cromo tiene menor dureza, pero la capa endurecida es más tenaz y su superficie también tiene una resistencia considerable al desgaste y al haz. Por lo tanto, al seleccionar materiales, debe prestar atención a las características de los materiales y aprovechar al máximo sus ventajas para cumplir con las funciones de las piezas. En cuanto a los aceros para herramientas como H11 (SKD61) D2 (SKD-11), tienen una alta dureza superficial y una alta resistencia central.
Efecto
Aumente la resistencia al desgaste, la dureza de la superficie, el límite de fatiga y la resistencia a la corrosión de las piezas de acero.
Proceso técnico
Limpieza superficial de piezas antes de la nitruración
La mayoría de las piezas se pueden nitrurar inmediatamente después del desengrase con gas. Algunas partes también deben limpiarse con gasolina, pero si el método de procesamiento final antes de la nitruración utiliza pulido, esmerilado, pulido, etc., puede producir una capa superficial que dificulta la nitruración, lo que resulta en una nitruración desigual o desigual después de la nitruración.
Ocurrieron defectos como la flexión. En este momento, se debe utilizar uno de los dos métodos siguientes para eliminar la capa superficial. El primer método utiliza primero gas para eliminar el aceite antes de la nitruración. Luego use polvo de alúmina para arenar la superficie (limpieza abrasiva). El segundo método es aplicar un recubrimiento de fosfato a la superficie.
Aire de escape del horno de nitruración
Coloque las piezas procesadas en el horno de nitruración y selle la tapa del horno para calentar, pero antes de calentar a 150 grados, el horno debe estar agotado. La función principal del horno es evitar que el gas explosivo entre en contacto con el aire cuando se descompone el amoníaco y evitar la oxidación de la superficie del objeto procesado y el soporte.
El gas utilizado es amoníaco y nitrógeno. Los elementos esenciales para eliminar el aire en el horno son los siguientes:
①Después de instalar las piezas a procesar, se sella la cubierta del horno y se inicia el gas de amoníaco anhidro, y el caudal es lo más alto posible.
②Configure el control de temperatura automático del horno de calentamiento a 150 grados y comience a calentar (tenga en cuenta que la temperatura del horno no puede ser superior a 150 grados).
③Cuando el aire en el horno se elimina a menos del 10 por ciento, o el gas de escape contiene más del 90 por ciento de NH3, entonces la temperatura del horno aumenta a la temperatura de nitruración.
Tasa de descomposición de amoníaco
La nitruración se lleva a cabo poniendo en contacto otros elementos de aleación con nitrógeno naciente, pero la producción de nitrógeno naciente es que el propio acero se convierte en un catalizador cuando el gas amoníaco entra en contacto con el acero calentado para promover la descomposición del amoníaco.
Aunque la nitruración se puede realizar con amoníaco con varias tasas de descomposición, la tasa de descomposición es generalmente 15-30 por ciento, y el espesor requerido para la nitruración se mantiene durante al menos 4-10 horas, y la temperatura del tratamiento se mantiene a aproximadamente 520 grados.
Enfriarse
La mayoría de los hornos de nitruración industriales tienen intercambiadores de calor para enfriar rápidamente el horno de calentamiento y las piezas procesadas una vez finalizado el trabajo de nitruración. Es decir, una vez completada la nitruración, se apaga la potencia de calentamiento para reducir la temperatura del horno en aproximadamente 50 grados, y luego se duplica el caudal de amoníaco y se inicia el intercambiador de calor.
En este momento, preste atención para observar si hay burbujas desbordándose en la botella de vidrio conectada al tubo de escape para confirmar la presión positiva en el horno. Una vez que el gas amoníaco introducido en el horno se estabiliza, el caudal de amoníaco se puede reducir hasta que se mantenga la presión positiva en el horno.
Cuando la temperatura del horno cae por debajo de los 150 grados, la tapa del horno se puede abrir después de introducir aire o nitrógeno usando el método de eliminación del gas en el horno como se describe anteriormente.
Nitruración gaseosa
La nitruración de gas fue publicada por German AF ry en 1923. La pieza de trabajo se colocó en un horno y el gas NH3 se alimentó directamente al horno de nitruración a 500-550 grados y se mantuvo durante 20-100 horas para descomponer el gas NH3. a un estado atómico.
El tratamiento de nitruración con gas (N) y gas (H) tiene como objetivo principal producir una capa de compuesto resistente al desgaste y a la corrosión en la superficie del acero. Su espesor es de aproximadamente 0.02-0.02m/m, y su naturaleza es extremadamente dura Hv 1000 ~1200 y extremadamente frágil. La velocidad de descomposición del NH3 varía según el caudal y la temperatura.
Cuanto mayor sea la tasa de flujo, menor será la tasa de descomposición, cuanto menor sea la tasa de flujo, mayor será la tasa de descomposición y cuanto mayor sea la temperatura, mayor será la tasa de descomposición. Cuanto menor sea la temperatura, menor será la tasa de descomposición. El gas NH3 se descompone térmicamente a 570 grados de la siguiente manera:
NH3 →〔N〕Fe más 3/2 H2
El N descompuesto luego se difunde en la superficie del acero para formar. Nitruración gaseosa de fase Fe2-3N, la desventaja general es que la capa endurecida es delgada y el tiempo de nitruración es largo.
La nitruración con gas tiene una eficiencia baja debido a la descomposición del NH3 para la nitruración, por lo que generalmente se fija para seleccionar aceros adecuados para la nitruración, como los que contienen Al, Cr, Mo y otros elementos de nitruración; de lo contrario, la nitruración no será posible.
Generalmente, se utilizan JIS y SACM1. Los nuevos JIS, SACM645 y SKD61 también se denominan templado y revenido con tratamiento de refuerzo y endurecimiento. Debido a que Al, Cr, Mo, etc. son todos elementos que aumentan la temperatura del punto de transformación, la temperatura de enfriamiento es más alta y la temperatura de revenido también es más alta que la de los aceros de aleación estructural ordinarios. La fragilidad del templado se produce durante el calentamiento prolongado a la temperatura de nitruración, por lo que el tratamiento de templado y templado se aplica con antelación.
Nitruración de gas NH3, debido a que la superficie es áspera, dura y quebradiza debido al largo tiempo, no es fácil de moler y el largo tiempo no es económico. Se utiliza para la nitruración del tubo de alimentación y la varilla roscada de la máquina de moldeo por inyección de plástico.
nitruración líquida
La principal diferencia de la nitrocarburación líquida es que hay una fase de Fe3Nε en la capa nitrurada, existe una fase de Fe4Nr pero no una fase de nitruro de Fe2Nξ. El compuesto de la fase ξ es duro y quebradizo en el proceso de nitruración, que tiene poca tenacidad y nitrocarburación líquida. El método consiste en eliminar el óxido, desengrasar, precalentar la pieza de trabajo y colocarla en un crisol de nitruración.
El crisol está hecho de TF-1 como sal principal y se calienta a 560-600 grados durante varios minutos a varias horas. , La profundidad de la capa de nitruración se determina según el tamaño de la carga externa sobre la pieza de trabajo. Durante el procesamiento, se debe insertar un tubo de aire en la parte inferior del crisol para descomponer una cierta cantidad de agente de nitruración de aire en CN o CNO, que penetrará y se difundirá a la superficie de trabajo, de modo que el compuesto más externo de la superficie de la pieza de trabajo es 8-9 por ciento en peso de N y una pequeña cantidad de C y la capa de difusión.
Los átomos de nitrógeno se difunden en la base -Fe para hacer que el acero sea más resistente a la fatiga. Durante el período de nitruración, debido a la descomposición y consumo de CNO, por lo tanto, es necesario probar continuamente la composición de la sal en 6-8 horas de tratamiento para ajustar el volumen de aire o agregar sal nueva.
El material utilizado para el tratamiento de nitruración blanda líquida es metal de hierro. La dureza de la superficie después de la nitruración es mayor si la dureza de la superficie contiene Al, Cr, Mo, Ti, y cuanto más contenido de oro, menor será la profundidad de nitruración, como acero al carbono Hv 350 -650, acero inoxidable Hv {{1} }, acero nitrurado Hv 800-1100.
La nitrocarburación líquida es adecuada para piezas de automóviles resistentes al desgaste y a la fatiga, máquinas de coser, cámaras, etc., como el procesamiento de camisas de cilindros, el procesamiento de válvulas, el procesamiento de cilindros de pistones y moldes no deformables. Los países que usan nitrocarburación líquida incluyen países de Europa occidental, Estados Unidos, la Unión Soviética y Japón.
nitruración de iones
Este método consiste en colocar una pieza de trabajo en un horno de nitruración, aspirar el horno a 10-2-10-3 Torr (㎜Hg) por adelantado, luego introducir gas N2 o una mezcla de gas N2 más H2 y ajustar el horno para alcanzar {{4} } Torr, conecte el cuerpo del horno al ánodo, la pieza de trabajo al cátodo y aplique cientos de voltios de voltaje de CC entre los dos polos.
En este momento, el gas N2 en el horno se descargará brillantemente en iones positivos y se moverá a la superficie de trabajo. El voltaje cae bruscamente, lo que hace que los iones positivos se precipiten hacia la superficie del cátodo a alta velocidad, transformando la energía cinética en energía gaseosa, de modo que la temperatura de la superficie de la pieza de trabajo puede aumentar debido al impacto de los iones de nitrógeno, la superficie de la pieza de trabajo se salpica con Fe.CO y otros elementos para combinar con iones de nitrógeno. FeN, como resultado, el nitruro de hierro se adsorbe gradualmente en la pieza de trabajo para producir nitruración.
La nitruración iónica básicamente usa nitrógeno, pero si se agrega gas hidrocarburo, puede usarse para la nitruración blanda iónica, pero generalmente se llama nitrógeno iónico Tratamiento químico, la concentración de nitrógeno en la superficie de la pieza de trabajo se puede ajustar cambiando la relación de presión parcial del gas mixto (N2 más H2) llenado en el horno.
Cuando se realiza la nitruración de iones puros, una estructura monofásica de r′ (Fe4N) en la superficie de trabajo contiene un contenido de N del 5,7 al 6,1 por ciento en peso, el espesor de la capa es de 10μm. La capa compuesta es fuerte y no porosa, y no es fácil que se caiga. Debido a que la pieza de trabajo absorbe constantemente el nitruro de hierro y se difunde hacia el interior, la estructura desde la superficie hacia el interior es FeN → Fe2N → Fe3N → Fe4N cambia en secuencia, la fase única ε (Fe3N) contiene 5.{{13 }},0 por ciento en peso de N, y la fase única ξ (Fe2N) contiene 11,0-11,35 por ciento en peso.
La nitruración de iones primero genera la fase r y luego agrega En el caso del carburo de hidrógeno, la capa compuesta y la capa de difusión que cambian a la fase épsilon, el aumento en la capa de difusión contribuye mucho al aumento de la resistencia a la fatiga. La erosionabilidad es mejor en la fase ε.
El grado de tratamiento de nitruración de iones puede comenzar desde 350 grados. El tiempo de tratamiento puede ser de varios minutos o incluso mucho tiempo considerando el material y sus propiedades mecánicas relacionadas. Este método es el mismo que el tratamiento de nitruración anterior utilizando el método de descomposición térmica. El método es diferente. Debido a que este método utiliza alta energía iónica, los materiales como el acero inoxidable, el titanio, el cobalto, etc., que en el pasado se consideraban difíciles de tratar, también se pueden tratar fácilmente con un excelente endurecimiento superficial.
¿Tiene alguna pregunta específica sobre elServicios de mecanizado? ¡Contacta con Yogie!Nuestros ingenieros de ventas trabajarán con usted de principio a fin para garantizar que su proyecto se complete según sus requisitos.
También,yoguies un fabricante profesional paraEquipo de minería, Máquinas herramientas CNC, yPartes de maquinariapor más de 20 años.
